Стенд и оборудование для испытаний и измерений VIII

pinko> Это личное мнение или имеет научную основу - что твой самодельный датчик для 10$ лучше, чем "кустарный" китайский (как ты сказал) тоже для для 10$?

Нет, я пока что не вижу преимуществ.
Можно всё таки дать развёрнутое техническое обоснование фразе: "сравнение апельсинов и яблок"?

SashaMaks> А под балочный придётся ещё переделывать почти всю раму стенда, у них ещё и живучесть всё равно хуже - быстро дохнут от ударов и ограничители не спасают, так как компаунд трескается при резком приложении нагрузки (опыт испытаний больших и мощных двигателей).

Вот, кстати, мои испытания двигателей РДМ-40 на балочном датчике с термокомпенсацией любезно предоставленным тогда Дмитрием. Я уж точно не знаю, сколько он стоит, но думаю, где-то 5-10т.р.

1. Двигатель РДМ-40-10 №53, но я его не выкладывал, так как там не было ничего интересного в испытании. Двигатель выгорал больше минуты почти без тяги - неудачный эксперимент с ПАВ добавкой в простую натриевую карамель.


2. РДМ-40-10 №54 (


(http://files.balancer.ru/.../c8aa1ba73c13f748f0fbfa2683e7ab70.jpg)
(http://files.balancer.ru/.../b4ddee2d9ce766fc52bfe9073725d000.jpg)
(http://files.balancer.ru/.../fa90038b513563531a45a6c0bf3599b9.png)
(http://files.balancer.ru/.../2bed583dbf64928ddd54d14e042f871c.png)

3. И последнее для него испытание было РДМ-40-10 №55: (Запуски ракет и испытания [SashaMaks#05.01.13 16:49])


(http://files.balancer.ru/.../f9d8b32b6bf5bf185214a539711ce2f8.png)

Т.е. качественный промышленный балочный датчик, используемый в новомодных лифтовых системах, сдох со второго прямого (не косого) удара по нему без превышения номинальной нагрузки. Т.е. где-то на уровне усилия (40...50)кГс всего лишь.

Статистика последующих испытаний датчиков от напольных весов показала, что последние на порядок лучше сохраняются при нештатных испытаниях и где-то в 90% случаев повреждаются по причине теплового, а не силового воздействия.

Организовать тепловую защиту несравнимо проще, чем силовую, но общая статистика испытаний показала, что редкая частота замены напольных датчиков их дешевизна и быстрота ремонта свели на нет даже попытки в необходимости изготовления тепловой защиты для них.
Но желание сделать всё таки теплозащиту для них ещё есть!

Примерно за свою практику стендовых испытаний двигателей мне бы пришлось сменить в 3-5 раз большее количество балочных датчиков, что обошлось бы в 30-60 раз дороже напольных! Или где-то так же 5-10 раз дороже, если бы это всё были дешёвые китайские "аналоги", которые появились при том сравнительно недавно.

mihail66> Экспериментирую со своим первым ТИСом.
Продолжил экспериментировать.
Зарядил в отработавший движок 1 грамм толченого топлива и заткнул пластилином.
Получил вот такую хлопушку. И график этого хлопка мне показался подозрительным, "тяга" всего в один килограмм, но за это время прошло 8 измерений.

mihail66>> Экспериментирую со своим первым ТИСом.
А дальше решил отключить в ТИСе скользящее среднее.
Нагрузил датчик массивным предметом в 3 кг. И уронил на него стеклянный шарик массой 2,1 грамма, с высоты около 30 см.
И этот шарик сумел нагрузить датчик на 28 кг.
Можно лишь представить какая была реальная нагрузка на датчик при хлопке.

mihail66> 1. Получил вот такой свой первый график тяги.

А диаметр критического сечения до и после испытания есть?

SashaMaks> А диаметр критического сечения до и после испытания есть?

Там в критике стояла стальная шайба, сопло-"очко".

Саш, я правильно понимаю, что ты со стенда получаешь "сырые" данные, без использования различных программных фильтров?
Сдается мне, что скользящее среднее только вредит, если частота опроса датчика не высокая.

SashaMaks>> А диаметр критического сечения до и после испытания есть?
mihail66> Там в критике стояла стальная шайба, сопло-"очко".

А диаметр какой?

mihail66> Саш, я правильно понимаю, что ты со стенда получаешь "сырые" данные, без использования различных программных фильтров?

Да, цифровые фильтры в микроконтроллере только мешают получить больше данных и соответственно снижают точность всего измерения. Да и не логично, ведь в цифре можно потом всё отфильтровать.
Единственный фильтр, который есть - это простое усреднение и тот вынужден присутствовать из-за скоростных ограничений по записи данных и общей работке МК.

А с научно-лабораторной точки зрения - данные с измерительных устройств всегда должны быть сырыми и потом ещё хранятся очень долго как есть. Всё остальное - это делаются копии с них, и дальше с копиями уже работают: применяют калибровку, обрезают не нужное, анализируют, фильтруют и пр.

Просто потом может быть так, что что-то вылезет, и будут нужны именно сырые данные. А перейти от обработки к сырому материалу уже не возможно.

mihail66> Сдается мне, что скользящее среднее только вредит, если частота опроса датчика не высокая.

Да. Если у тебя есть быстроменяющаяся величина, и датчик это чувствует, а электроника записывает, то цифровой фильтр соврёт, сглаживая результат. И ты никогда не узнаешь, как оно было на самом деле

mihail66> Можно лишь представить какая была реальная нагрузка на датчик при хлопке.
Почему "лишь представить"? Интеграл-то не изменился, это свойство скользящего среднего.
Дельта-импульс оно превращает в прямоугольник с длиной, равной длине усреднения, и высотой во столько раз меньше той, что пришлась бы на 1 замер, на сколько замеров она размазалась.
Дальше - вопрос архитектуры АЦП, он интегрирующий или мгновенного действия? УВХ на входе есть?

SashaMaks> Данные калибровки.

Перед испытанием (Запуски ракет и испытания [SashaMaks#25.05.18 08:57])
Повторил калибровку:

SashaMaks>> Данные калибровки.
SashaMaks> Перед испытанием (Запуски ракет и испытания [SashaMaks#25.05.18 08:57])
SashaMaks> Повторил калибровку:

Свёл данные тяги и калибровки в один график, получилось интересное сравнение
Масштаб по оси Y одинаковый, а по оси X нет.

SashaMaks> А диаметр какой?
Шашки 26*8,5*42мм, 2 и 1/2 штуки. Критика 6,3мм.

SashaMaks> ...И ты никогда не узнаешь, как оно было на самом деле
"К черту" скользящее среднее.

Б.г.> Почему "лишь представить"? Интеграл-то не изменился, это свойство скользящего среднего.
Это я понял. Там сила в 8 кг растянулась на 8 измерений и получилась 1кг*8.
Но ведь на какой именно момент пришелся один единственный опрос датчика не известно.

Вот, на картинке, я роняю тот-же шарик 20 раз подряд, без усреднения. А зафиксировано всего 4 "пичка" и все разные.
Так что, момент опроса датчика может просто не попасть в момент приложения к нему силы.


Б.г.> Дальше - вопрос архитектуры АЦП, он интегрирующий или мгновенного действия? УВХ на входе есть?

А я и не знаю какой он. Это модуль для весов HX711.

mihail66> Вот, на картинке, я роняю тот-же шарик 20 раз подряд, без усреднения. А зафиксировано всего 4 "пичка" и все разные.
mihail66> Так что, момент опроса датчика может просто не попасть в момент приложения к нему силы.

Перед АЦП обязан быть фильтр, который режет все сигналы с частотой выше половинной частоты отсчётов. (Это из теории цифровой обработки сигналов.)
При таком фильтре при ударе шарика в любой момент между отсчётами сигнал размажется во времени.
И получится не один отсчёт отличный от нуля, а несколько. Причём сумма этих отсчётов не будет зависеть от смещения момента удара относительно отсчётов — для каждого удара сумма будет одинаковой.
Например:

0, 2, 6, 2, 0
0, 1, 5, 4, 0

Таким образом будет потеряно минимальное количество информации.

Б.г.>> Почему "лишь представить"? Интеграл-то не изменился, это свойство скользящего среднего.
mihail66> Это я понял. Там сила в 8 кг растянулась на 8 измерений и получилась 1кг*8.
mihail66> Но ведь на какой именно момент пришелся один единственный опрос датчика не известно.

почему? известно. На самый первый. Поэкспериментируй с фильтрами в экселе, всё тебе будет отлично видно и понятно.

mihail66> Вот, на картинке, я роняю тот-же шарик 20 раз подряд, без усреднения. А зафиксировано всего 4 "пичка" и все разные.

А они реально разные, будешь смеяться.

mihail66> Так что, момент опроса датчика может просто не попасть в момент приложения к нему силы.

Если АЦП сам интегрирующий, то он сам и усреднит в пределах своей частотной полосы.

Б.г.>> Дальше - вопрос архитектуры АЦП, он интегрирующий или мгновенного действия? УВХ на входе есть?
mihail66> А я и не знаю какой он. Это модуль для весов HX711.
mihail66> Loadcell sensor 24 bit ADC - HX711 [4599] : Sunrom Electronics/Technologies

Если это модуль для весов, то там точно интегрирующий АЦП. Он сам себе цифровой фильтр, твой будет только поверх внутреннего. Почитай теорию сигма-дельта АЦП.

Вот спасибо за ответ. Но...
mihail66> Но ведь на какой именно момент пришелся один единственный опрос датчика не известно.
Б.г.> почему? известно. На самый первый. Поэкспериментируй с фильтрами в экселе, всё тебе будет отлично видно и понятно.
А где он находится этот "самый первый", на предгорье пика, или не вершине?
Может вообще посередине подъема? у АЦП ведь нет синхронизации с моментом контакта шарика с датчиком.
Вот я и подумал, что АЦП фиксирует ту силу, которая приложена к датчику в момент опроса. И поэтому показания всегда разные. К тому-же время воздействия этой силы на датчик меньше, чем время между опросами.

Б.г.> А они реально разные, будешь смеяться.
Нет, смеяться не стану. А вот почему из 20-и видимых только 4? И есть еще 4 или 5, но на уровне всего в 50-100 грамм. И около десятка ударов шариком просто скрылось в шумах?
Я согласен, что они все разные, но не на столько чтобы отличаться в 1000 раз.

Б.г.> Если это модуль для весов, то там точно интегрирующий АЦП. Он сам себе цифровой фильтр, твой будет только поверх внутреннего. Почитай теорию сигма-дельта АЦП.
Спасибо, я не знал об этом. Думал, что в весах контроллер данные усредняет, и уже "очищенные" и посчитанные на дисплей подает.

mihail66> Вот спасибо за ответ. Но...
mihail66>> Но ведь на какой именно момент пришелся один единственный опрос датчика не известно.
Б.г.>> почему? известно. На самый первый. Поэкспериментируй с фильтрами в экселе, всё тебе будет отлично видно и понятно.
mihail66> А где он находится этот "самый первый", на предгорье пика, или не вершине?
Удар случился в неопределённый момент между 4 и 5 отсчётами. Может, и раньше 4 отсчёта - но это зависит от архитектуры АЦП, а не от постфильтра типа "скользящее среднее". В описании (даташите) АЦП можно обычно найти величину групповой задержки. Для интегрирующих АЦП она может легко превышать период между отсчётами. Да и для других архитектур бывает. Например, параллельный АЦП 1107ПВ1 выдаёт данные с задержкой 2 такта тактовой частоты.
mihail66> Может вообще посередине подъема? у АЦП ведь нет синхронизации с моментом контакта шарика с датчиком.
Синхронизации нет, но внутреннее усреднение есть. Поэтому, если нет отсчётов "посередине подъёма", а у тебя нет, либо ноль, либо 1 кГ, то на период, когда АЦП усреднял данные для отсчёта 4, ничего не пришлось.

mihail66> Вот я и подумал, что АЦП фиксирует ту силу, которая приложена к датчику в момент опроса.

Это верно для АЦП с устройством выборки-хранения на входе, или полностью параллельных, как 1107ПВ1 и его родственники. У 1107ПВ1 время засечки данных известно с точностью до единиц наносекунд, хотя тактовая частота всего 20 МГц (период 50 нс), а данные появляются с задержкой в 2 такта - 100 нс для максимальной частоты. У интегрирующих АЦП, независимо от способа интегрирования, происходит усреднение данных за период между двумя импульсами тактовой частоты. Правда, АЧХ может быть ну очень нетривиальной.

mihail66> Спасибо, я не знал об этом. Думал, что в весах контроллер данные усредняет, и уже "очищенные" и посчитанные на дисплей подает.

Контроллер тоже усредняет, и чистит, да, и текущий ноль корректирует, и много всего. Но АЦП всегда сначала усредняет сам. Больше того, сигнал с АЦП с сигма-дельта архитектурой исходно однобитный :), и только в процессе усреднения появляются дополнительные биты. А, для того, чтобы этих бит набрать 24, усреднить нужно очень много отсчётов. Поэтому дельта-модулятор внутри сигма-дельта АЦП обычно "молотит" на очень высокой частоте (мегагерцы и даже десятки мегагерц бывает).

Б.г.> Контроллер тоже усредняет, и чистит, да, и текущий ноль корректирует, и много всего. Но АЦП всегда сначала усредняет сам. ....
Спасибо за очередной ликбез. Сейчас пытаюсь разобраться в принципе работы сигма-дельта АЦП.

mihail66> А я и не знаю какой он. Это модуль для весов HX711.
mihail66> Loadcell sensor 24 bit ADC - HX711 [4599] : Sunrom Electronics/Technologies

Мда. Ну и выбор АЦП...
А чем встроенный АЦП не устроил?
Для оцифровки коротких импульсов нужна частота опроса хотя бы на порядок больше, чем в этих импульсах, а тебя получается наоборот. Но с этим АЦП 80Гц - это потолок.

Xan> Перед АЦП обязан быть фильтр, который режет все сигналы с частотой выше половинной частоты отсчётов. (Это из теории цифровой обработки сигналов.)

А из практики — всё, что выше 1/3 частоты отсчётов. Или ставим аналоговый интегратор на входе, что лучше, но сложнее схемотехнически.

Xan> Таким образом будет потеряно минимальное количество информации.

Минимально будет потеряно с аналоговым интегратором.

Xan> Так как сопротивление датчика не согласовано с кабелем, часть сигнала будет отражаться и снова бежать по кабелю туда-сюда. (На стороне электроники сопротивление бесконечное и там отражение 100%.)

Что-то мешает поставить терминатор?

Xan> Или, 1 микросекунда на 10 метров кабеля.
Xan> Ракетчикам, пожалуй, и с километровым кабелем работать можно!!!

Не все АЦП нормально работают с изменяющимся в процессе оцифровки сигналом. Даже у дельта-сигма бывают ложные срабатывания, особенно при плохой разводке платы. Так что лучше работать в режиме накопления с последующей оцифровкой.

mihail66> Резисторы R8 и R9 закорочены, и входы В- и В+ тоже.

B+, B- лучше не просто закоротить, а посадить на среднюю точку питания, сделанную из пары 100К резисторов. В случае простой закоротки это будет радиоприёмник, что там с ним будет твориться — ведомо только Шеогорату Безумному.

mihail66> И похоже что мне это удалось. ... Младший разряд больше не скачет.

Это хорошо. По крайней мере, удалось установить, что проблемой являются именно ЭМ помехи. Но: а почему мост работает (судя по контексту сообщений) в потенциальном, а не токовом режиме? Токовый режим убивает целые классы помех на корню.

Xan>> Так как сопротивление датчика не согласовано с кабелем, часть сигнала будет отражаться и снова бежать по кабелю туда-сюда. (На стороне электроники сопротивление бесконечное и там отражение 100%.)
Sandro> Что-то мешает поставить терминатор?

Сейчас ты школьников научишь нехорошему!
А они потом страдать будут!!!

SashaMaks> Мда. Ну и выбор АЦП...
Я думаю этого будет достаточно для оценки эффективности пропеллента (что там племяш замесит).
SashaMaks> А чем встроенный АЦП не устроил?
Да как-то посчитал, что 10 разрядов маловато будет. Если мерить на датчике 50кг с точностью до 1 г нужно 17 разрядов АЦП.
SashaMaks> Для оцифровки коротких импульсов нужна частота опроса хотя бы на порядок больше, чем в этих импульсах, а тебя получается наоборот. Но с этим АЦП 80Гц - это потолок.
Да, у него 80 это потолок, а по факту еще меньше раза в два. Эксперименты с шариком, это лишь эксперименты, ТИС не для этого. А для испытаний маленьких "моторов" для последующего переноса данных профиля тяги в калькулятор расчета полета более чем годится.

Sandro> B+, B- лучше не просто закоротить, а посадить на среднюю точку питания....
Как оказалось, эта закоротка ни на что не влияет. А вот если эту закоротку посадить на землю, то работа АЦП прекращается. Средней точки нет, питание однополярное 5В.
*Кстати именно так рекомендуется сделать при использовании модуля в качестве весов. Или использовать +В-В для контроля напряжения батарейки.
К средней точке на делителе RR посадить не пробовал.